Cesta do hlubin datového rozhraní - Od děrných štítků až po Serial ATA

Hardware | 01.06.02

Děrné štítky Raději se posuneme o mnoho století let dál, tedy až do světa éry výpočetní techniky. V této době se totiž objevuje potřeba uchovávat informace nejen písemně na pa...





Děrné štítky

Raději se posuneme o mnoho století let dál, tedy až do světa éry výpočetní
techniky. V této době se totiž objevuje potřeba uchovávat informace nejen
písemně na papíře, ale tak, aby s nimi mohl co nejpohodlněji pracovat i
počítač. Což podoba latinky ani azbuky či čínských znaků určitě nebude.

Nejprve se na scéně objevuje vynález nazvaný děrný štítek. Papírový děrný
štítek byl sice použit už mnohem dříve, než nastoupily počítače v roce 1801
jej, zřejmě poprvé, použil Joseph-Marie Jacquard pro řízení automatického
tkalcovského stavu ale to ještě nebylo úplně plnohodnotné médium, neboť stroj
pouze pracoval podle děrného štítku, který připravil manuálně člověk. Ovšem v
době počítačů už nastala jiná situace. I v České republice se děrné štítky
hojně využívaly, svědčí o tom i vydaná Československá státní norma (ČSN), která
předepsala jejich vlastnosti (např. rozměry na 187,4 x 82,5 x 0,18 mm). Data
byla zaznamenávána pomocí skutečné perforace papírových štítků v různých
částech. S tím, že štítek byl rozdělen do osmdesáti či devadesáti sloupců a
dvanácti řad. Data se ukládala nikoliv binárně, ale v systému písmen a číslic,
přičemž abeceda byla, na rozdíl od znakové sady např. Windows, silně
zredukována na základní písmena a znaky. Klasická kapacita děrného štítku se
počítala na 80 znaků, pro jednoduchost řekněme 80 bytů. Což nejprve
dostačovalo, ale později se objevilo i efektivnější kódování (160 znaků a
podobně).


Děrné pásky

Je zřejmé, že ani zvýšená hustota záznamu na děrném štítku nemohla dlouho
postačovat, zvlášť když programy a informace, které tvořily logické celky,
zabíraly mnoho děrných štítků a tak jeden program jste si mohli doslova nasypat
do krabice od bot. Ještě horší situace nastala, pokud se vám děrné štítky
pomíchaly. Mimochodem, nepřipomíná vám to instalaci Windows 95 z disket (s
jedinou výhodou, že diskety byly očíslované)? Z těchto logických důvodů
vývojáři navrhli děrné pásky. Došlo ke zvýšení přenosové rychlosti jak při
zápisu (děrování) na pásku, tak i při čtení perforovaného média. Data se
ukládala na pásek v sekvenčním děrování, přičemž se kódovala v systému sedmi až
devíti řad. U širších záznamů se používalo i kontroly správnosti dat pomocí
paritního bitu. V praxi se využívaly děrné pásky nejen u počítačů, ale
uplatnily se i například v oblasti telegrafů a dálnopisu. Nevýhodami však stále
zůstávalo snadné poškození papíru a nemožnost jej přepisovat, tedy použít
médium pro zápis vícenásobně.


Magnetické štítky a pásky

S objevem magnetických materiálů se situace u záznamových médií, která by
dokázala udržet informace i bez napájení, dosti změnila k lepšímu. Doposud
používané děrné štítky, vyrobené povětšinou z papíru, se vytrácejí a na jejich
místo přicházejí štítky vyrobené z plastů a pokryté magnetickým povrchem. Díky
němu se zvyšuje kapacita, teď už ne děrného, ale magnetického štítku
mnohonásobně. Dále získal štítek schopnost přepisu a také se zvýšila i rychlost
přístupu k datům na médiu bez rizika mechanického poškození, jak tomu bylo
dříve v případě štítků vyrobených z papíru.

Magnetické pásky pro změnu vytlačily nejprve papírové datové pásky a později i
děrné a magnetické štítky. Magnetické pásky se dokonce rozšířily natolik, že se
nezačaly používat jen u velkých sálových počítačů, ale pronikly i do
domácností. Známým příkladem jsou audiokazety, které se pro záznam hudby i
mluvených projevů používají dodnes. Ovšem audiokazety vhledem k své technické
vyspělosti (ve své době) dokázaly upoutat i výrobce domácích počítačů, a tak si
jistě i vy vzpomenete na zlaté časy osmibitových počítačů, jejichž nedílnou
součástí se staly více či méně obyčejné kazeťáky. Na úplně obyčejné kazety se
ukládaly (v audiopodobě) programy i data. Některé počítače, např. modely Atari,
využívaly k připojení kazetového magnetofonu, který musel být vybaven již AD a
DA převodníkem jiné, například kdysi velmi známé ZX Spectrum převáděly
audiosignál až ve svých útrobách.


Zálohovací páskové mechaniky

Poslední zmíněnou podobou magnetických pásek jsou pásky zálohovací; uplatňují
se převážně v rukách správců sítí, kteří je, s různým stupněm oblíbenosti,
využívají až do dnešních dní. Uznávány jsou především z důvodů vysoké kapacity
na jednu kazetu (pásku), která obsáhne řádově desítky GB, a také pro relativně
nízké riziko poškození uložených dat. Zálohovací mechaniky (streamery) zřejmě v
nejbližší době rozhodně nevymizí, ale z hlediska dlouhodobého vývoje lze
předpokládat, že nijak výrazně se s nimi počítat nebude. Na jejich místo
nastoupí nové technologie zálohování dat, které budou pro uživatele ještě
komfortnější než dosti pomalé páskové mechaniky.


Diskety

S objevem a rozvojem magnetických pásek začali vědci přemýšlet o dalších
vylepšeních, která by zrychlila přístup k informacím uloženým na médiu. Celkem
logicky následně došli k rotujícímu kotouči, pokrytém magnetickým povrchem. Pro
lepší adresaci celého povrchu je magnetický prostor rozdělen do logických částí
sektorů a případně clusterů, ke kterým je přístupová doba velmi podobná. Je to
hlavní rozdíl oproti pásce, kterou je třeba vždy převinout na patřičné místo, a
pak je ji teprve možno číst či na ni zapisovat.

První diskety (floppy disks) se vyráběly v rozměru 8 palců, později se objevila
zmenšená verze o velikosti 5,25". Tu již zažily i první počítače z řad PC.
Diskety dosahovaly nejprve kapacit cca 160 či 320 KB, a posléze v režimu
vyššího formátu (Double density a High density) až 720 KB a 1,2 MB. Časem se na
PC platformě vynořila i podoba disket o rozměrech 3,5", které nakonec předchozí
5,25" typ úplně vytlačily. Tři a půl palcové diskety jsou dnes sice médiem až
děsivě zastaralým, nicméně převážně z důvodu absence modernějšího média, které
by úlohu diskety převzalo nalezneme 3,5" disketovou mechaniku stále ještě v
každém PC. Je sice pravdou, že se na trhu objevily i modernější disketové
systémy (za všechny uveďme např. LS-120, jejíž datový prostor na jedno médium
dosáhl 120 MB), nicméně ani přesto se nijak výrazně nerozšířily.


První pevné disky

Ač se to možná bude zdát neuvěřitelné, první pevný disk spatřil světlo světa už
před celými 45 lety, kdy jej zabudovala do svého počítače společnost IBM. Měl
tehdy na svou dobu neuvěřitelnou kapacitu 5 MB a rozměrově se blížil více k
solidní ledničce než k dnešnímu miniaturnímu hard disku. Naštěstí pro nás
uživatele se vývoj nezastavil, a tak se už v osmdesátých letech můžeme setkat s
disky o kapacitě až 20 MB a rozměrem i hmotností, umožňujícími integraci do
vnitřku počítačové skříně.

Mezi první disky, které se podařilo vtěsnat do počítačů PC, tehdy ještě PC XT,
patřily výrobky společnosti Seagate, jež stála u zrodu diskového řadiče ST-506.
Systém, známý také pod označením MFM (Modified Frequency Modulation), využíval
pevných disků bez jakýchkoliv inteligentních obvodů, takže veškerou řídicí
činnost musela provádět přímo karta řadiče. Tento fakt zhoršoval kompatibilitu
výrobků od různých výrobců a dosti komplikoval uživatelům život.

Odstranit výše popsaný problém mělo rozhraní ESDI (Enhaced Small Device
Interface), jehož posláním, vyjma dalších vylepšení, bylo přenést řídicí obvody
přímo na konstrukci pevného disku a odlehčit práci řadiči v PC.


Nástup ATA

Jak je známo, boj a válka byly vždy motorem pokroku, a proto není ani příliš
překvapivé, že konkurenční zápas stál za zrodem nového, modernějšího diskového
standardu, jehož výhody smetly předchozí disková rozhraní do propadliště dějin.
U porodní kolébky specifikace ATA (Advanced Technology Attachment) stály v roce
1986 společnosti Western Digital a Compaq. A jak je vidět, jejich snaha
nepřišla vniveč, neboť rozhraní ATA i když ve velmi modifikované verzi je možné
vidět v PC dodnes.


Vývoj ATA

Klasické rozhraní ATA nabízí možnost pomocí 40pinového datového kabelu připojit
až dva IDE disky, přičemž platí, že jeden z nich musí být řídící (Master) a
druhý podřízený (Slave). Standard v té době nabízel teoretickou přenosovou
rychlost 8,33 MB/s a již podporoval známé režimy PIO (Programmed Input/Output)
a přenos dat s využitím DMA (Direct Memory Acces) přímého přístupu do paměti.

I přes velký přínos rozhraní ATA se vývoj nezastavil, a neuplynula příliš
dlouhá doba a rozhraní ATA2 už zaklepalo na dveře. Nemalou měrou k rozšíření
ATA2 přispěla i skutečnost, že v režimu ATA1 nedokázal počítač (standardně)
pracovat s disky většími než 512 MB. Na tuto neblahou dobu si jistě mnozí
uživatelé vzpomenou a ti, kteří museli dokonce využívat služeb ovladačů
umožňujících obejít nedostatky ATA1 (např. program OnTrack), si i nostalgicky
povzdechnou při vzpomínce na ony zašlé časy. Ještě se však vraťme k ATA2, které
umožnilo jak rychlejší režim přenosu dat (16,6 MB/s), tak i nový způsob
adresování LBA (Logical Block Addressing), právě díky němuž byla prolomena
hranice velkých disků.


ATAPI

Zřejmě pro úspěch ATA a ATA2 se začalo uvažovat o možnosti připojit na toto
rozhraní i jiná než disková zařízení. Výsledkem se stal standard ATAPI (ATA
Packet Interface), s jehož pomocí se dají připojit na 40pinový (ale i na
80pinový) datový kabel už nejen disky, ale i zařízení jako CD-ROM, CD-RW,
páskové i různé jiné mechaniky a produkty.


EIDE

Rozšířené IDE neboli Enhanced IDE, jednoduše psané jako EIDE, vyvinula ve svých
laboratořích společnost Western Digital a nasadila jej jako svůj strategický
tah oproti konkurenci. Ve své specifikaci přidala řadiči kanál navíc, takže se
poprvé v PC objevují dva datové kabely, oproti dřívějšímu jednomu. Každý z
kanálů, označovaných jako primární a sekundární, dokáže připojit dvě zařízení,
celkově tedy čtyři. Architektura rozdělení připojených mechanik či disků
zůstává stejná, stále funguje "switchování", neboli nastavení pro Master/Slave
režim, jen s tím rozdílem, že při plném obsazení řadiče existují zařízení
označená Primary Master, Primary Slave, Secondary Master a Secondary Slave.


Ultra ATA

Po rozhraní ATA3, které definovalo pár nových vylepšení, např. technologii
S.M.A.R.T (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology), se objevil
poměrně důležitý a významný systém označený jako Ultra ATA/33. Vyvinula jej v
roce 1997 tehdy disková velmoc, společnost Quantum, a dodnes je toto rozhraní v
PC využíváno. Mezi jinými názvy, pod kterými je také známé, uveďme např. Ultra
DMA/33 nebo někdy i ATA4. Jak již sám název napovídá, zvyšuje Ultra ATA/33
propustnost sběrnice z dřívějších 16,6 MB/s na 33,3 MB/s. Není bez zajímavosti,
že snad všechny dnešní mechaniky CD-ROM a CD-RW pracují v režimu Ultra DMA/33.


ATA/66, ATA/100 a ATA/133

O rok později, tedy v roce 1998, společnost Quantum a několik dalších předních
velmocí, zabývajících se vývojem pevných disků, přijalo specifikaci dvojnásobně
rychlého rozhraní s názvem ATA/66. Je vidět, že historie se už úplně postarala
o odstranění označení ATA3, ATA4 anebo v tomto případě ATA5, a nastupuje tedy
pouze označení ATA/66. Pod ním se skrývá propustnost sběrnice 66 MB/s, a
samozřejmě i zpětná kompatibilita se staršími režimy přenosu. Přechod na ATA/66
pro uživatele znamenal nejen to, že režim musí podporovat jak pevný disk, tak
BIOS, ale navíc je poprvé potřebný 80žilový datový kabel, oproti předchozímu
40žilovému. To je způsobeno tím, že ke každému z předchozích 40 vodičů přibývá
samostatné zemnění, tak aby i při vysokých rychlostech přenosu nedocházelo k
chybám.

Logickým krokem k vyšším rychlostem byl počin v podobě zavedení standardu
ATA/100, který dovoluje zvýšit propustnost sběrnice až do 100 MB/s, a v
poslední době se již objevují první vlaštovky z řad disků umožňujících pracovat
v protokolu ATA/133, kde je výkon zcela analogicky zvýšen na 133 MB/s. U
posledně zmíněného rozhraní je zatím trochu potíž s malým zastoupení základních
desek, které by ATA/133 podporovaly, ale zatím lze předpokládat, že v příštím
roce se přeci jen tento standard masivněji rozšíří. V každém případě už dnes
lze s jistotou říci, že doba jeho vlády bude krátká, neboť systém Serial ATA už
klepe na dveře a s ním se počítá jako se standardem pro další budoucnost.


Další rozhraní

Ještě předtím, než prozradíme něco o nejmodernějším vyvíjeném rozhraní Serial
ATA, podívejme se krátce i po alternativních systémech, které byly anebo ještě
jsou pro připojování diskových i nediskových zařízení používány.


SCSI

Je rozhodně škoda, že velmi zajímavou sběrnici SCSI (Small Computer System
Interface) nemůžeme podrobněji popsat, ale je to z toho důvodu, že SCSI by si
zasloužilo místa na vlastní samostatný článek. Tudíž jen krátce: SCSI bylo
navrženo v roce 1986 a ihned v první verzi nabídlo uživateli možnost připojit
až osm zařízení na jeden řadič. Rychlost přenosu sice nebyla na dnešní dobu
nijak převratná, ale postupem času se vývojem jednotlivých SCSI modifikací
zvýšila až na dnešních (teoretických) 160 MB/s. Ze známých modifikací SCSI
uveďme např. SCSI 1-3, Ultra2 SCSI nebo dnešní Ultra 160 SCSI. Zajímavý je i
maximální počet zařízení, současné řadiče dokáží totiž "zaměstnat" až 15
připojených disků.


FireWire

Dalším poměrně zajímavým rozhraním je bezesporu "ohnivý drát", neboli FireWire.
U jeho zrodu stála společnost Apple, která jej vyvinula jako vysokorychlostní
sériové rozhraní. Jeho výhody jsou dosti značné. Hvězdicová struktura připojení
zařízení, schopnost připojovat či odpojovat zařízení za chodu (Hot Plug-In) a
rychlost přenosu dat nejprve 50 Mb/s, později 100 a dnes až 400 Mb/s. FireWire
je rozhraní známé také pod standardizovaným označením IEEE-1394, nebo pod
komerčním názvem společnosti Sony, iLink. Ostatně, zřejmě především díky Sony
se rozhraní FireWire dostalo tolik do povědomí uživatelů. V roce 1995 totiž
byla poprvé standardem IEEE-1394 osazena digitální kamera, vyrobená právě
zmíněnou japonskou společností. Dnes je FireWire uznáván především jako
jednoznačný standard připojení digitálních kamer k PC a pro přenos formátu DV,
kdy se používá přenosové rychlosti 100 Mb/s. Ovšem bylo by liché odsoudit
"ohnivý drát" jen pro účely videa, na trhu naleznete pro tento dosti moderní
standard i plno jiných (převážně externích) zařízení. Např. skenery, externí
pevné disky, vypalovačky, CD-ROM mechaniky, DVD knihovny, čtečky paměťových
karet a podobně.


USB 1.x a 2.0

Specifikace univerzálního sériového rozhraní USB (Universal Serial Bus) pochází
z roku 1995, kdy jej ustanovila skupina výrobců hardwaru, v níž nechyběla jména
jako Intel, Compaq či Nec. I přes velkou podporu ze stran výrobců se USB
rozšířilo v praktickém užívání až dosti později. Dokonce lze říci, že teprve v
dnešních dnech se vlastnosti USB využívají naplno. Bohužel nízká průchodnost
sběrnice 12 Mb/s (asi 1,5 MB/s) zabraňuje širšímu využití jinak velmi zdařilého
systému. Vývoj nikdy nespí, a tak se v současnosti dostává na světlo
počítačového světa nová specifikace USB, verze 2.0. Ta nabízí rychlost 480 Mb/s
(přibližně 60 MB/s) a možnost vyššího napájecího zatížení. Z toho můžeme
předpovídat, že je jen otázkou krátkého času, než se masivně objeví externí
disky, vypalovačky a obdobné výrobky pro standard USB 2.0.


Budoucnost je v Serial ATA

Nacházíme se dnes v době velkých změn, a tak lze jen těžko říci, které rozhraní
se rozvine v budoucnu více, které méně a za jak dlouho přesto však jednu
jistotu máme. Budoucnost diskových rozhraní má jméno SATA, neboli sériové
vysokorychlostní rozhraní ATA. Skupina složená z veličin jako jsou Dell, IBM,
Intel, Maxtor a Seagate, spojila síly a začala v roce 1999 pracovat na
specifikaci nového rozhraní, které by nahradilo stávající paralelní rozhraní
ATA. Výsledkem se stalo SATA, tedy sériové ATA, jež má za úkol odstranit
současné nedostatky paralelního systému. Změny se nedotknou jen přímého
protokolu, ale i technického pozadí. Datový kabel už nebude plochý 40pinový s
80 žilami, ale pouze uzounký, navíc bude moci být až metr dlouhý, oproti
dřívějšímu, který mohl dorůstat maximálně 18palcové délky (cca 45 cm). Tím se
výrazně zjednoduší jak montáž počítačů, tak i přístup vzduchu, čímž se zlepší
tepelné podmínky v celém PC. Jednoduše řečeno, zlepší se proudění vzduchu ve
vnitřku počítače, takže nebude tak snadno docházet k přehřívání jednotlivých
komponent. Jinak budou vypadat i přípojky napájení, ale napětí zůstane na
stejné úrovni, takže při přechodu na SATA bude možné i na starých počítačích
využít jednoduché redukce. Ostatně zpětná kompatibilita celé SATA provází
takovým způsobem, že připojení starých zařízení (disků) na nové rozhraní by
také nemělo být, pomocí redukce, neřešitelné. Pro uživatele ale bude evidentně
nejzajímavější výkon. Propustnost sběrnice dosahuje v první verzi Serial ATA
150 MB/s, druhá verze, která přijde v budoucnu, bude pracovat rychlostí až 300
MB/s a zatím naposledy ohlášená, třetí revize, bude moci chrlit data až
neuvěřitelným výkonem 600 MB/s. Co říci závěrem snad jen, máme se na co těšit,
budoucnost patří Serial ATA.















Komentáře

K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.